中國裝配式混凝土結構研究態勢的知識圖譜分析
——基于1992—2019年文獻計量數據

孫國帥， 劉占坤， 馮 嬌 ， 柳春光

(1.遼寧工業大學管理學院， 錦州 121001； 2.中大建設股份有限公司博士后科研工作站， 廣州 510280； 3.大連海事大學航運經濟與管理學院， 大連 116026； 4.大連理工大學建設工程學部， 大連 116024)

裝配式混凝土(precast concrete structure，PC)結構，隨著建筑產業的轉型升級而受到研究人員和工程技術人員的關注。《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》(國辦發[2016]71號)指出，發展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是綠色、循環與低碳發展的必然要求，是推進供給側結構性改革和新型城鎮化發展的重要舉措。但是，相對于2025年達到裝配式新建建筑占比30%的目標，目前中國裝配式建筑的規模化程度和發展速度仍然較低，加快這種建造模式的高質量發展仍是亟待解決的重要課題。

作為一種先進的建造方式，發達國家經歷了半個世紀來發展裝配式技術[1]。裝配式混凝土結構的技術理論、技術實踐和管理經驗的發展需要一個逐步積累的過程，目前中外已經進行了大量的理論分析和實踐應用研究，涌現出一些具有重要影響的研究成果，如生產工藝分析[2]、節點連接與構件分析[3]、連續倒塌性能分析[4]、抗震性能分析[5]、力學分析、成本效益分析[6]以及標準體系構建[7]等。近年來，中國裝配式混凝土結構研究大部分集中在力學性能[7]和使用機理[8-10]的理論和試驗研究方面，而外國裝配式混凝土結構的研究已經趨向于精益建造和可持續發展方面。Kim等[11-12]為了滿足裝配式混凝土構件在制造和裝配階段質量要求較高的要求，提出了一種基于激光掃描和信息模型的PC構件質量檢測技術；Ghayeb等[13-14]針對裝配式混凝土結構延性不足的問題，研發了一種裝配式節點，改善了裝配式混凝土結構的撓度、塑性鉸、破壞形態等性能，并針對裝配式混凝土結構的碳排放導致的環境問題設計了一種新型的可持續裝配式混凝土結構體系；Kurosawa等[15]研究了一種適用于現有鋼筋混凝土框架抗震改造的裝配式混凝土框架系統，分析了滯回特性和損傷特性；Lim等[16]通過實驗研究評估PC部件就地生產的CO2減排效果，這項研究有助于改變對PC組件就地生產的負面看法，并有助于開發科學分析PC組件就地生產的二氧化碳減排效果的算法；Palikhe等[17]為了提高傾斜施工方法的生產效率，研制了混合組合預制混凝土柱并進行了現場試驗，驗證其有效性；Santos等[18]為預制工業提供一種處理和回收自行產生的廢物的替代方法，評價細粒和粗粒再生骨料的摻入對自密實混凝土耐久性的影響。

綜上，雖然中國從事裝配式混凝土結構理論和實踐研究的機構眾多，但存在研究方向重疊且相互間合作較少等問題，在裝配式混凝土結構的精益建造和可持續性發展研究方面尚落后于發達國家。因此，有必要系統地梳理中國裝配式混凝土結構研究領域的態勢，為進一步地規劃清晰的研究方向以及促進機構間的合作奠定基礎。為了進一步促進中國裝配式建筑的推廣和應用，將利用科學的計量分析手段，定量與定性相結合地來梳理中國裝配式建筑的研究和應用現狀，得到的結論將為進一步的研究及裝配式建筑產業的高質量發展路徑提供參考和借鑒。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究方法

在文獻分析過程中采用了定性與定量相結合的研究手段，即在利用計量分析可視化工具CiteSpace進行詞頻、高被引及共現網絡進行分析的同時，分析中國裝配式混凝土建筑領域的研究熱點、知識基礎及演進趨勢，得到進一步推進其高質量發展的意義和發展方向。

CiteSpace軟件由陳美超博士開發并面向科研人員開放應用，對文獻具有檢索過濾和數據挖掘功能，近年來在中外一些重要研究領域得到應用[19]。CiteSpace軟件作為一種科學的計量分析工具，可以避免由于研究人員的主觀因素而造成文獻檢索、統計和分析過程中的遺漏和偏見。

1.2 數據來源

構建合理的文獻庫是保證計量分析結果有效性的基礎。構建文獻庫的思路為：首先初步選擇文獻庫將搜索范圍縮小，然后初步篩選出適合研究主題的文獻并刪除相關性較低的文獻，再補充文獻庫未收錄但與研究主題密切相關的重要文獻，最后形成研究所需的文獻庫。

截至2019年年底，中國知網(CNKI)現有“裝配式混凝土”主題相關期刊中文文獻6 117篇。考慮文獻質量和研究的經濟性，選擇1992—2019年間中文核心期刊來源數據文獻，搜索“裝配式+混凝土”相關主題得到文獻973篇，經過進一步篩選，排除研究價值較低文獻的干擾并增加重要的非核心文獻后，保留885篇構建為研究所需的文獻庫。圖1為1992—2019年期間的年度發文數量和發文增量，可以看出2009年以前研究成果有限，但2010年后研究成果激增，整體上保持著穩定的增長速度。

圖1 文獻庫數據統計Fig.1 Data statistics in depository

2 研究熱點分析

由于關鍵詞可以呈現文章的核心內容，展示研究主題。因此，中外許多重要文獻將對關鍵詞的分析作為研究熱點分析的一條通用思路，并得到了預期的效果。

2.1 高頻關鍵詞分析

利用CiteSpace軟件對所建立的文獻庫中的研究樣本進行處理后，得到的高頻關鍵詞共現知識圖譜如圖2所示。其中，圖譜中節點大小代表關鍵詞的詞頻高低，節點間連線的粗細代表關鍵詞之間共現頻率的高低。

資料來源：根據中國知網(CNKI)數據庫引文分析結果整理， 由CiteSpace軟件生成，圖2中文字大小體現了關鍵詞詞頻圖2 關鍵詞共現知識圖譜Fig.2 Co-occurrence knowledge map of keywords

可以發現，抗震性能、裝配式和擬靜力試驗是詞頻較高的關鍵詞。對共現圖譜中的關鍵詞按照詞頻和中心度的高低，合并詞義相近或與研究主題關聯度較低的數據后，得到排名前20的關鍵詞，如表1所示。作為裝配式混凝土領域的核心關鍵詞，從高頻關鍵詞的構成可以初步地判定出裝配式混凝土領域的主要研究熱點。

表1 高頻關鍵詞

2.2 聚類分析

聚類分析也是歸納研究熱點的重要參考依據。利用CiteSpace軟件對文獻庫內的研究樣本涉及的關鍵詞進行聚類分析，共得出25類具體研究方向，分析結果如圖3所示。

2.3 研究熱點

對25類聚類分析結果中相近的方向進行了合并，結合高頻關鍵詞的分析結果，得到中國裝配式混凝土結構研究的研究熱點，具體如下。

(1)裝配式混凝土結構性能的理論與試驗研究。通過公式推導、數值模擬及試驗驗證等手段分析裝配式混凝土結構的靜力與動力特性、連續倒塌等破壞模式、耗能與敏感性等性能，該熱點研究內容將為裝配式混凝土結構的實踐應用提供理論基礎，現已得到大量成果[17-18]。

資料來源：根據中國知網(CNKI)數據庫引文 分析結果整理，由CiteSpace軟件生成圖3 關鍵詞聚類Fig.3 Cluster of keywords

(2)裝配式混凝土結構構件的設計研究。通過進行裝配式混凝土結構中的剪力墻、組合樓板、梁、柱、節點及特殊的鋼管混凝土、預應力構件等結構構件的設計研究，推動裝配式混凝土建筑產業的快速發展，該熱點研究內容側重于將理論與實踐的需求相結合[19-20]。

(3)施工組織與技術研究。包括深化設計以及施工現場的構件吊裝、拆分、連接和質量管控等管理和技術方面的工作內容的研究，該熱點研究內容主要針對裝配式建筑的建造技術的角度進行的，研究成果服務于實際的工程項目[21-23]。

(4)新技術應用及建筑經濟研究。作為建筑工業化的主要內容之一，裝配式混凝土建筑的經濟性長期以來受到了各界的關注，如成本分析、節能環保分析；進而促進了BIM(building information modeling)技術、模塊化、標準化設計、再生混凝土的應用等新技術和新材料的應用和發展[24-25]。

(5)其他裝配式混凝土結構應用技術研究。裝配式混凝土結構已廣泛應用于住宅產業化領域，但部分研究學者和工程技術人員在其他工程建設領域也進行了理論和實踐研究，如裝配式橋梁、裝配式基礎、地鐵工程、地下糧倉、裝配式管型通道等[26-30]。

3 知識基礎分析

3.1 學術共同體

優秀的學者和研究機構形成了某一領域的學術共同體，其是推動專業理論發展的重要因素。裝配式混凝土結構研究領域的學術共同體網絡如圖4所示。

資料來源：根據中國知網(CNKI)數據庫引文分析結果整理， 由CiteSpace軟件生成，圖4中文字大小體現了關鍵詞詞頻圖4 學術共同體網絡Fig.4 Network of academic community

中國目前有關裝配式建筑的研究機構和應用情況主要存在高校和企業兩個群體，由圖4(a)可知：在研究機構方面，東南大學、沈陽建筑大學、南京工業大學、合肥工業大學和西安建筑科技大學等研究機構的科研團隊在裝配式混凝土結構研究領域做出了突出貢獻。由圖4(b)可知：在高頻作者方面，東南大學郭正興團隊在各類裝配式混凝土構件的抗震試驗方面進行了大量工作，提出了改進建議[31]；合肥工業大學柳炳康團隊的研究聚焦在預應力PC框架的力學性能分析方面，進行了試驗與仿真研究[32]；廣州大學吳從曉團隊研究了裝配式混凝土結構消能減震裝置的設計，分析了各個參數的影響[33]；重慶交通大學周志祥團隊的研究方向為裝配式鋼-混凝土組合梁的性能研究，在剪力釘的力學研究方面取得了成績[34]；沈陽建筑大學劉海成團隊研究了裝配式混凝土結構中疊合板的受力性能，為疊合板的配筋設計提供了參考[35]。但是研究機構關聯網絡圖譜的網絡密度為0.010 3，而研究團隊關聯網絡圖譜的網絡密度更為稀疏，說明研究團隊之間的合作相對較少。

3.2 高共被引文獻

被引文獻在很大程度上反映了某一領域的發展狀況和研究基礎，表2為排在前20位的高頻被引用文獻。篩除綜述類文獻，根據對裝配式混凝土結構的共被引文獻的計量分析結果，關于發展裝配式結構對建筑工業化的影響的研究被引用率最高，該文獻提出了裝配式結構體系的科研方向[36]；其次是豎向鋼筋采用不同連接方法的裝配式剪力墻的動力性能的研究，該文獻通過擬靜力試驗驗證了裝配式剪力墻構件的破壞模式、連接件的應力傳遞效果及耗能能力[37]；排在第3位和第4位的裝配式剪力墻結構節點和框架結構節點的抗震性能的研究成果也得到了較多的引用，兩篇文獻通過系列的模型試驗和數值模擬分析，為后期的裝配式剪力墻結構和框架結構的推廣提供了試驗和理論基礎[38-42]；此外，BIM技術的應用、施工質量評估、預應力構件的性能等方面相關文獻也得到了較多的引用。

表2 高頻被引文獻

4 演化路徑和發展對策分析

4.1 演化路徑分析

裝配式混凝土結構研究的演化路徑可以通過高頻關鍵詞在CiteSpace軟件中的時區視圖(time zone)和突現探測(burst detection)的方式來進行分析。根據本文所建立的文獻庫，基于CiteSpace軟件生成的時區視圖和突現探測視圖，經篩選整理后，得到時區分析與突現探測分析結果，如表3所示。結合圖1和時區分析與突現探測分析的結果，可以發現裝配式混凝土結構研究根據實際需求從理論不斷向應用轉化，總體上可以分為以下4個階段。

(1)1992—2004年，屬于理論研究的起步階段。自20世紀50年代，PC構件以預制構件的形式廣泛應用于工業建筑和混合結構住宅，但未能解決抗震、漏水及透寒等問題，在90年代初期，雖然《裝配式大板居住建筑設計和施工規程》(JGJ1-91)開始發布，但隨著大量農民工進入建筑業，現澆結構在成本和性能方面的優勢凸顯，PC構件的應用基本處于停滯階段。但研究人員并沒有放棄對PC構件的探索，該階段的突現高頻關鍵詞為“裝配式”“預制”“大板”等，體現了中國裝配式建筑的發展開始進入新的階段，但研究成果較少，發展相對緩慢。

(2)2005—2012年，屬于初步應用的試點階段。《關于推進住宅產業現代化提高住宅質量的若干意見》促使裝配式建筑的發展進入新階段，部分省、市開展住宅產業化試點，以住宅產業化為突破口，推動建筑工業化的發展。該階段通過參考外國PC產業的成熟技術，對中國的裝配式混凝土建筑進行改進，不斷積累經驗。該階段的突現高頻關鍵詞及高強度突現詞為“模型修正”“預制裝配式節點”“耗能能力”“住宅產業化”等，體現了中國正在推進裝配式混凝土結構的理論和實踐發展，研究成果逐年增多，發展趨勢較好。

(3)2013—2016年，屬于快速發展的提升階段。《綠色建筑行動方案》《國家新型城鎮化發展規劃》等一系列重要文件的發布，進一步明確了建筑產業的發展方向，“四節一環保”的可持續發展理念得到重視。該階段針對裝配式混凝土建筑陸續施行了一系列的行業技術標準和規程，主要技術日趨成熟，一大批科研機構和企業積極主動地開展研發和工程實踐。該階段的突現高頻關鍵詞及高強度突現詞為“剪力墻”“推出試驗”“應用”“建筑工業化”等，體現了中國PC結構的研究轉向實踐應用，研究成果呈現井噴式增長，發展迅速。

(4)2017至今，屬于PC結構的高質量發展階段。《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》《“十三五”裝配式建筑行動方案》發布，全面推進裝配式建筑發展，促進建筑產業的轉型升級。新形勢下，對PC結構的質量和效益的重視程度不斷提升，綠色建造模式不斷完善。該階段的突現高頻關鍵詞及高強度突現詞為“數值模擬”“梁柱節點”“再生混凝土”等，體現了裝配式混凝土結構的發展已進入高質量發展階段，研究成果的針對性增強，發展潛力巨大。

4.2 發展對策分析

通過對中國裝配式混凝土結構研究的熱點歸納及演化路徑分析，促進其高質量發展應在以下方面展開進一步的研究。

(1)進一步完善裝配式混凝土結構產業的頂層制度設計和標準規范。國家和行業陸續推出了鼓勵裝配式產業發展的政策、標準及指導文件，在此基礎上應進一步明確發展目標、強制性條文及監管機制。

(2)篩選一批裝配式混凝土結構優秀樣板工程。針對邊摸索、邊應用的現狀，通過在中國各地選擇一些優秀的裝配式混凝土結構建設項目進行觀摩、推廣，不斷探索以形成一套成熟、有效的技術體系。

(3)重視裝配式建筑產業全產業鏈的發展。裝配式建筑市場存在專業技術人員欠缺、生產過程脫節、建造與運維管理脫節以及相關的配套能力不足等問題。因此，進行全產業鏈協調發展的研究應得到研究人員的重視。

(4)裝配式混凝土結構產業的可持續發展研究。中國從事裝配式混凝土結構研究的人員應該秉持可持續發展的理念，在下一階段的研究中關注產業的綜合效益，節能減排，降低資源消耗，踐行綠色建造，提升經濟效益和社會效益。

5 結論

以1992—2019年中國知網(CNKI)數據庫中關于裝配式混凝土結構研究相關的核心期刊來源文獻及其他重要文獻為研究樣本，構建文獻庫；利用CiteSpace軟件對研究樣本進行科學的計量分析，包括研究熱點分析、知識基礎分析和演化路徑分析，得到以下研究結論和建議。

(1)從發文數量來看，2009年之前的裝配式混凝土結構的相關研究成果較少，逐年增長緩慢；但2010年之后，受宏觀環境和建筑產業相關政策的影響，研究成果激增，總體上保持著穩定的快速增長趨勢。

(2)從研究熱點來看，中國裝配式混凝土結構的研究雖然各有側重，但總體上可分為結構性能的理論與試驗研究、構件的設計研究、施工組織與技術研究、新技術應用與建筑經濟以及其他領域的應用研究，研究熱點之間交叉較多，聯系較為緊密。

(3)從知識基礎來看，現有研究成果偏重于理論和試驗研究，基礎理論研究較多，實踐研究成果相對較少；研究機構的發文量中以高校為主，企業較少；研究機構的各科研團隊之間合作相對較少，研究方向存在交叉重疊現象。

(4)從演化路徑來看，針對裝配式混凝土結構理論和實踐的研究歷程與中國的經濟發展情況及施行的行業政策之間聯系緊密。經歷了停滯、試點、提升，到高質量發展，總體上可分為4個階段，研究成果從最初的傳統試驗研究過渡到現在的數值模擬分析和融合信息模型技術，實現了跨越式的發展。

(5)從研究趨勢來看，中國裝配式混凝土結構領域的研究在相關產業政策的推動下，不斷完善及創新，已拓寬了傳統的集中在機理和性能角度的研究層面，逐漸開展頂層制度、推廣應用、標準化管理、全產業鏈協作及可持續發展層面研究。

積極推進裝配式建筑的理論研究和實踐應用，是實現中國建筑產業高質量發展的重要內容之一。針對所得到的結論，為了進一步促進中國PC結構研究的發展提出以下建議：一方面，研究人員和工程技術人員加強團隊之間的合作，進一步增強理論和實踐之間的聯系，促進PC結構產業的健康、有序發展；另一方面，在基于綠色建造理念的基礎上，重視多學科的交叉融合，進一步發展人工智能及BIM等信息模型技術在PC結構領域的應用，逐步實現智慧建設。